鋰電漿料 · 分散與脫泡 · 方案對(duì)比
鋰電漿料屬于粉體高填充體系，粉體需要被溶劑與粘結(jié)劑充分潤濕，體系在投料與轉(zhuǎn)移過程中又容易裹入空氣。漿料的分散狀態(tài)與含氣量，會(huì)沿工序傳遞到涂布面密度與電芯一致性上。本文把車間常見的幾種攪拌脫泡做法放在一起對(duì)比，說明各自能解決什么、難在哪里。
鋰電漿料車間里，粉體團(tuán)聚和氣泡幾乎是同時(shí)出現(xiàn)的兩個(gè)問題：粉體溶得慢，料體里又裹著空氣。處理這兩件事的做法不止一種，從人工攪拌、槳葉攪拌到三輥研磨、靜置脫泡，各有各的適用場景，也各有各的邊界。
很多時(shí)候方案本身沒有對(duì)錯(cuò)，差別在于工序環(huán)節(jié)與材料特性是否匹配。判斷一種做法是否合適，可以先問三個(gè)問題：這套做法能不能打開粉體團(tuán)聚、能不能把氣泡排出去、能不能在批量放大后重復(fù)同樣的結(jié)果。
圖1：鋰電漿料屬于粉體高填充體系，攪拌前粉體易在液面團(tuán)聚堆積
一、四種常見做法，差別在哪
1. 人工攪拌與普通槳葉攪拌
這兩種做法靠槳葉附近的剪切把料體攪動(dòng)起來，設(shè)備門檻低、切換靈活，適合小批量粗混。問題在于剪切集中在槳葉周邊，遠(yuǎn)離槳葉的區(qū)域混合強(qiáng)度下降；槳葉在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)持續(xù)把空氣卷入料體，粘度越高，卷入的空氣越不容易自己浮出來。對(duì)高固含漿料來說，轉(zhuǎn)速提上去往往伴隨著溫升，而溫升又會(huì)改變料體的粘度與狀態(tài)。
2. 三輥研磨與砂磨分散
研磨類設(shè)備解決的是團(tuán)聚與細(xì)度問題，靠輥筒或研磨介質(zhì)的強(qiáng)剪切把團(tuán)塊打開，對(duì)細(xì)度要求高的體系是必要工序。但研磨解決的是顆粒問題，不是氣體問題：物料在研磨與轉(zhuǎn)移過程中仍會(huì)裹入空氣，研磨完成后通常還要另配一道脫泡工序，中間經(jīng)過泵送、轉(zhuǎn)移與二次裝料，也存在二次裹氣的機(jī)會(huì)。
3. 靜置與真空箱脫泡
靜置或放到真空箱里抽氣，是成本較低的做法，適合低粘度、氣泡較大且容易上浮的體系。高固含漿料的情況不同：粘度高，氣泡上浮速度慢，且表層料體一旦開始干燥結(jié)皮，下層的空氣更難逸出，脫泡時(shí)間往往被拉得很長，料體在等待期間的狀態(tài)還可能繼續(xù)變化。
4. 真空脫泡攪拌機(jī)
真空脫泡攪拌機(jī)把混合與脫泡放進(jìn)同一個(gè)工作循環(huán)：料杯隨轉(zhuǎn)盤公轉(zhuǎn)、同時(shí)自身反向自轉(zhuǎn)，物料在容器內(nèi)被反復(fù)折疊、拉伸與剪切，團(tuán)聚體逐步被打開；腔體抽真空后，氣泡在低壓下膨脹、上浮并破裂，氣體被抽出。混合與脫泡之間不經(jīng)過轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)，減少二次裹氣；無槳葉進(jìn)入物料，也不存在槳葉帶出與粘壁殘留。
| 做法 | 主要解決 | 粉體團(tuán)聚 | 體系氣泡 | 批量一致性 |
| 人工 / 槳葉攪拌 | 粗混、溶解 | 較弱，依賴槳葉剪切 | 攪拌中會(huì)繼續(xù)卷入空氣 | 依賴人工操作與經(jīng)驗(yàn) |
| 三輥研磨 / 砂磨 | 團(tuán)聚打開、細(xì)度控制 | 較強(qiáng) | 不解決，需另配脫泡工序 | 工序多，轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)存在二次裹氣 |
| 靜置 / 真空箱 | 氣泡上浮排出 | 不解決 | 取決于粘度，高固含時(shí)耗時(shí)較長 | 等待期間料體狀態(tài)仍在變化 |
| 真空脫泡攪拌機(jī) | 分散與脫泡同周期完成 | 公自轉(zhuǎn)層間剪切逐步打開 | 真空環(huán)境下排氣，無槳葉卷入 | 參數(shù)可記錄、可復(fù)現(xiàn) |
二、鋰電漿料為什么對(duì)脫泡方式更敏感
1. 粉體比表面積大，投料與潤濕階段裹氣多
正極材料、石墨或硅碳負(fù)極、導(dǎo)電劑都屬于細(xì)粉體，比表面積大，粉體顆粒之間以及粉團(tuán)內(nèi)部本身就帶著大量空氣。粉體直接投入液體時(shí)，這些空氣會(huì)被包裹在團(tuán)塊內(nèi)部，形成不易上浮的微小氣泡。
2. 固含量高、粘度大，氣泡上浮慢
高固含漿料的粘度與屈服應(yīng)力都偏高，氣泡在這種體系里的上浮速度明顯下降，靠靜置自然脫泡需要的時(shí)間被拉長。氣泡停留在料體里，還會(huì)改變局部固含量分布，讓不同位置取樣的狀態(tài)出現(xiàn)差異。
3. 溫升會(huì)改變料體狀態(tài)
攪拌過程會(huì)把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱量。對(duì)含溶劑的漿料體系來說，溫度上升會(huì)加快溶劑揮發(fā)、影響體系粘度，進(jìn)而影響分散與排氣的效果。粘度較高、對(duì)溫度敏感的配方，通常需要給攪拌設(shè)定溫度上限，并不建議用提高轉(zhuǎn)速的方式去強(qiáng)行縮短時(shí)間。
4. 涂布工序會(huì)把問題顯影出來
漿料里的團(tuán)聚顆粒與氣泡，到涂布工序會(huì)集中表現(xiàn)出來：團(tuán)聚可能造成極片表面顆粒、厚度不均；氣泡在干燥過程中破口，可能形成針孔與漏涂點(diǎn)。團(tuán)聚影響電極導(dǎo)電性能、分散不均影響電極性能，這兩類問題源頭都在漿料制備段，僅靠調(diào)整涂布參數(shù)很難補(bǔ)回來。
判斷順序：極片表面出現(xiàn)顆粒、厚度波動(dòng)，優(yōu)先查粉體是否充分潤濕、團(tuán)聚是否打開；極片出現(xiàn)針孔、漏涂點(diǎn)，優(yōu)先查漿料含氣量與脫泡是否到位；同一批次不同位置取樣的粘度、固含量對(duì)不上，優(yōu)先查混合是否均勻、出料方式是否一致。
三、真空脫泡攪拌機(jī)怎么做
與槳葉攪拌不同，真空脫泡攪拌機(jī)不靠槳葉攪動(dòng)料體。料杯固定在轉(zhuǎn)盤上隨盤公轉(zhuǎn)，同時(shí)自身反向自轉(zhuǎn)，物料在容器內(nèi)被反復(fù)折疊與拉伸，顆粒之間形成層間剪切，團(tuán)聚體逐步被打開、分散趨于均勻。因?yàn)閿嚢杓贿M(jìn)入物料，也就沒有槳葉帶出、粘壁殘留與槳葉附近的集中剪切。
真空與攪拌在同一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行，工藝上通常分三段安排：前段讓粉體先潤濕、把料團(tuán)打開，此時(shí)接近常壓；中段轉(zhuǎn)入低壓，把料體內(nèi)部的氣泡抽出來；末段回到工藝需要的真空度穩(wěn)定漿料狀態(tài)。整個(gè)過程不經(jīng)過轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)，減少二次裹氣。
圖2：打開腔體，雙工位夾具與兩只料杯
四、一段鋰電漿料的實(shí)測記錄
以下為一條鋰電漿料的客戶試料記錄（已去除客戶信息）：材料為原液加粉體，粉體極易聚團(tuán)、溶解較慢；客戶同時(shí)給出工藝上限——攪拌過程溫度不超過 50℃。試料使用 TMV-700TT 雙工位機(jī)型，單邊裝入 142g。
參數(shù)按三段組織：第一段 60 秒鐘、1500rpm 檔位，接近常壓，讓粉團(tuán)緩慢浸潤、溶開；第二段 60 秒、1500rpm，轉(zhuǎn)入低壓脫泡；第三段 60 秒、1500rpm，真空度回到約 20kPa 穩(wěn)定漿料。處理結(jié)束后出料溫度 20℃，遠(yuǎn)低于客戶給出的 50℃ 上限；客戶判定達(dá)到要求，漿料細(xì)膩、無分層、表面透亮，未見團(tuán)聚顆粒。
這條記錄里，第一段是控溫的關(guān)鍵——用時(shí)間換溫度，不靠提高轉(zhuǎn)速去強(qiáng)行打散粉團(tuán)；把分散與脫泡分在兩段里完成，也避免了在同一轉(zhuǎn)速下長時(shí)間高速運(yùn)行帶來的溫升。
參數(shù)說明：以上為單條試料記錄的參考區(qū)間。鋰電漿料的體系差異較大，正極、負(fù)極、導(dǎo)電劑漿料的固含量、粘度與溶劑類型都不相同，轉(zhuǎn)速、真空度與時(shí)間需結(jié)合實(shí)際材料試驗(yàn)確定，不建議直接套用其他漿料的參數(shù)。
五、按批次選型：罐數(shù) + 建議 50% 裝載量
鋰電漿料從小試到中試、量產(chǎn)，單批用量跨度較大，選型時(shí)按"罐數(shù) + 建議 50% 裝載量"估算：裝載量留出空間，既避免高速運(yùn)行時(shí)料體溢出，也為料體翻動(dòng)和氣泡逸出留出通道。雙工位機(jī)型對(duì)稱配平后啟動(dòng)，運(yùn)行更平穩(wěn)。
| 生產(chǎn)階段 | 參考單批用量 | 建議機(jī)型 |
| 配方研發(fā)、小批量試制 | 100g 級(jí) | TMV-310TT 雙工位 |
| 中試、小批量生產(chǎn) | 500g–2kg 級(jí) | TMV-1500TT 雙工位 |
| 批量生產(chǎn) | 100KG以上 | TMV-70000TTC-R 雙工位 |
設(shè)備容量覆蓋 1ml–200L，小試確定的分段節(jié)奏與裝載量可以按同比例平移到放大階段，減少更換設(shè)備帶來的重復(fù)驗(yàn)證。含溶劑、對(duì)溫度敏感的體系，可選配水冷溫控模塊帶走攪拌摩擦熱，減少溫度波動(dòng)對(duì)漿料粘度的影響。
圖3：TMV-700TT 真空脫泡攪拌機(jī)（雙工位）
六、哪些情況下傳統(tǒng)方式仍然夠用
對(duì)比的目的不是否定其他做法。小批量手工打樣、只需要粗混后交給下游工序的場合，人工與槳葉攪拌仍然簡單直接；粉體本身容易分散、體系對(duì)含氣量不敏感、也不做涂布用途的材料，靜置脫泡就能滿足要求；對(duì)細(xì)度有硬性指標(biāo)的配方，研磨或砂磨工序依然是必需的。
適合把分散與脫泡合并到一個(gè)密閉周期里完成的，通常是這類情況：固含量高、粉體團(tuán)聚明顯、單批用量有一定規(guī)模、對(duì)含氣量與批次一致性都有要求，且不希望物料在工序之間多次轉(zhuǎn)移。
七、常見問題
真空脫泡攪拌機(jī)能替代研磨分散嗎？
不能。真空脫泡攪拌機(jī)解決的是體系內(nèi)的氣體與均勻性問題，團(tuán)聚的打開依靠潤濕與剪切。對(duì)細(xì)度有嚴(yán)格要求的漿料，仍需要研磨、砂磨等分散工序配合，真空脫泡攪拌機(jī)承擔(dān)的是分散之后的混合、均化與除氣這一段。
轉(zhuǎn)速越高，分散和脫泡效果越好嗎？
不是。在真空腔體內(nèi)，物料與氣體是一起被處理的，轉(zhuǎn)速的作用是讓料體不斷翻新、給氣泡創(chuàng)造逸出通道。轉(zhuǎn)速與時(shí)間的組合需要按材料試驗(yàn)確定，轉(zhuǎn)速過高可能帶來溫升與料體狀態(tài)漂移，尤其對(duì)含溶劑、對(duì)溫度敏感的體系并不劃算。
一批漿料要處理多久？
時(shí)長取決于漿料的流變特性、固含量、裝載量與處理方式。更穩(wěn)妥的做法是同條件留存對(duì)照樣，比較處理前后在相同觀察方式下的狀態(tài)差異，以涂布工序的驗(yàn)收指標(biāo)為準(zhǔn)，而不是單獨(dú)追求某一個(gè)時(shí)間數(shù)字。
八、關(guān)于思邁達(dá)
思邁達(dá)成立于 2010 年，是高新技術(shù)企業(yè)與專精特新企業(yè)，專注真空脫泡攪拌機(jī)與真空攪拌設(shè)備的研發(fā)與制造。設(shè)備年銷量超過 1500 臺(tái)，容量覆蓋 1ml–200L，服務(wù) LED、半導(dǎo)體、新能源、電子膠粘與涂料油墨等領(lǐng)域；廠房面積 10000+ 平米、專業(yè)人才 170+、專利 80+ 項(xiàng)，與 40+ 個(gè)國家的 3000+ 家企業(yè)合作，其中包括 22 家世界 500 強(qiáng)、56 家中國 500 強(qiáng)與 160 家上市公司。
用實(shí)際漿料驗(yàn)證分散與脫泡效果
思邁達(dá)可結(jié)合漿料體系、單批用量與驗(yàn)收指標(biāo)提供試料與選型溝通。正式導(dǎo)入前建議使用實(shí)際材料驗(yàn)證，并以試料結(jié)果確定設(shè)備與工藝參數(shù)。
微信同號(hào)｜官網(wǎng)：www.fogu.net.cn｜地址：深圳市光明區(qū)玉律社區(qū)珍玉二路85號(hào)思邁達(dá)科技園
說明：本文用于鋰電漿料分散與脫泡工藝交流，不構(gòu)成對(duì)特定配方、涂布質(zhì)量或電芯性能的保證。不同漿料體系與工藝條件的處理窗口存在差異，設(shè)備選型和處理參數(shù)應(yīng)以實(shí)際試料驗(yàn)證為準(zhǔn)。